Les biochimies hypothétiques sont des suppositions sur les types de biochimies que pourrait revêtir une vie extraterrestre exotique selon des formes différant radicalement de celles connues sur Terre Committee on the Limits of Organic Life in Planetary Systems, Committee on the Origins and Evolution of Life, National Research Council, « The Limits of Organic Life in Planetary Systems », The National Academies Press, 2007..
Elles comprennent les biochimies employant des éléments autres que le carbone pour construire les structures moléculaires primaires ou se produisant dans des solvants autres que l'eau.
Les évocations de vie extraterrestre fondées sur ces biochimies « alternatives » sont communes dans la science-fiction.
Chiralité et molécules de base
Peut-être le type de biochimie la moins « exotique » comprendrait-elle une chiralité différente de ses biomolécules. Dans la biochimie terrestre connue, les acides aminés sont presque universellement de type L « gauches » et les sucres sont eux tous de type D « droits ». Les molécules de chiralité opposée ont les propriétés chimiques identiques à leurs formes reflétées ; ainsi une biochimie qui incorporerait des acides aminés D ou des sucres L, pourrait être possible.
Mais les deux biochimies ne seraient pas compatibles, car les molécules de chiralité différente ne sont pas utilisables dans le système inverse.
Il serait aussi envisageable qu'une biochimie soit bâtie avec des types comparables de macromolécules (protéines, lipides, glucides) mais formés avec des éléments différents.
D'autres acides aminés pourraient être utilisés que la vingtaine de ceux impliqués dans la biologie terrestre, ainsi qu'il y a une grande variété possible de chaines lipidiques et de têtes hydrophiles, d'autres composés pourraient-ils être utilisés comme source d'énergie que les sucres (hydrates de carbone) en « C6 » ?
Autres atomes que le carbone
Les scientifiques ont spéculé sur la possibilité qu'un autre atome que le carbone forme les structures moléculaires d'un autre type de biochimie, mais personne n'a proposé une théorie globale cohérente utilisant de tels atomes pour former toutes les « machineries moléculaires » nécessaires pour la vie. Ce type de connaissances n'est pas même entièrement compris dans le cas de la vie terrestre.
Toute la biochimie terrestre est bâtie sur le carbone et certaines considérations laissent à penser que seul le carbone pourrait remplir ce rôle, et qu'une hypothétique vie extraterrestre ne pourrait être aussi que fondée sur le carbone. Cette thèse est appelée chauvinisme du carbone.
Biochimie du silicium
L'élément chimique de base le plus généralement proposé pour un système biochimique alternatif est l'atome de silicium, puisque le silicium a beaucoup de propriétés chimiques semblables au carbone et est dans le même groupe du tableau périodique, le groupe 14. En particulier, ils sont tous les deux tétravalents. Mais le silicium a des handicaps en tant qu'alternative au carbone.
Les atomes de silicium sont environ 50 % plus grands et plus de deux fois plus massifs que ceux du carbone. Ils ont une difficulté à former des doubles ou des triples liaisons covalentes, qui sont importantes pour un système biochimique.
vignette|redresse=.8|La structure du silane, l'analogue silicieux du méthane. Les silanes, composés chimiques d'hydrogène et de silicium, sont analogues aux alcanes, mais ils sont fortement réactifs avec l'eau ; et les silanes à longues chaines se décomposent spontanément (aux températures « ambiantes »). Les molécules incorporant des polymères avec des chaines alternant les atomes de silicium et d'oxygène, connus collectivement en tant que silicones, sont beaucoup plus stables. On a suggéré que les produits chimiques construits sur les silicones soient plus stables que les hydrocarbures « équivalents » dans un environnement riche en acide sulfurique, comme dans certains mondes extraterrestres..
vignette|Structure de la silicone, le polydiméthylsiloxane (PDMS). Cependant, de façon générale, les molécules de silicone à longues chaines complexes sont toujours plus instables que leurs contreparties de carbone.
Un autre obstacle est que le dioxyde de silicium (c'est-à-dire la silice, composé principal des sables), l'analogue du dioxyde de carbone , est un solide non (ou très peu) soluble aux températures habituelles où l'eau est liquide, rendant difficile « l'entrée » du silicium dans le métabolisme des systèmes biochimiques à base d'eau, même si la gamme nécessaire des molécules biochimiques pourrait être construite hors d'eux. Le problème supplémentaire avec la silice est que ce serait le produit d'une respiration aérobie. Si une forme de vie fondée sur le silicium « respirait » en utilisant l'oxygène, comme le fait la vie sur Terre, elle produirait probablement la silice comme sous-produit (le déchet) de celle-ci ; comme le dioxyde de carbone pour la respiration terrestre.
La silice étant un solide, et non un gaz, l'organe excréteur serait totalement différent des poumons des animaux, ainsi que les stomates des végétaux, terrestres. Les organes absorbeurs d'oxygène pourraient être plus ou moins comparables ; mais l'excrétion de la silice ne pourrait se faire par la même voie que pour l'absorption de l'oxygène, comme c'est le cas pour les composés du carbone de la vie terrestre.
On peut imaginer des organes excréteurs comparables aux reins qui évacueraient une sorte de gel silicaté dans le cas de cette biochimie hypothétique. Comme les déchets des composés azotés (principalement sous forme d'urée) sont évacués dans le cas de la vie (animale) terrestre. Ou bien même les composés silicatés seraient excrétés sous forme solide, comme certains lézards du désert qui excrètent l'urée par les narines.
On remarque par ailleurs que la Terre et les autres planètes telluriques sont exceptionnellement riches en silicium et relativement pauvres en carbone (l'abondance relative du silicium au carbone dans la croûte terrestre est d'environ 925/1), et pourtant la vie terrestre est entièrement basée sur le carbone. Le fait que le carbone, bien que rare, forme la charpente de base de la vie terrestre contrairement au silicium, bien plus abondant, laisse penser que le silicium n'est pas bien approprié pour former une biochimie sur les planètes telluriques.
Par exemple : le silicium est moins polyvalent que le carbone pour former des composants variés ; comme précédemment précisé, les composants formés par le silicium sont instables.
vignette|Diatomées qui extraient le silicium de l'eau de mer et l'incorporant dans leur squelette externe, sous forme de biosilice hydratée.
Néanmoins, le silicium est utilisé par des formes de vies terrestres, comme la structure silicieuse externe des diatomées. Cela peut suggérer que des formes de vies extraterrestres pourraient avoir des molécules basées sur le silicium pour les éléments de structure et des molécules basées sur le carbone pour les éléments du métabolisme.
A. G. Cairns-Smith a suggéré que les premiers organismes vivants à exister sur Terre incorporaient des éléments minéraux silicieux.
Biochimie d'azote et de phosphore
L'azote et le phosphore offrent également des possibilités comme base pour des molécules biochimiques. Comme le carbone, le phosphore peut former des longues chaines de molécules, qui lui permettraient potentiellement de former les macromolécules complexes si elles n'étaient pas aussi réactives.
L'atmosphère terrestre est composée d'approximativement 78 % d'azote, mais ce ne serait probablement pas directement utilisable par une forme de vie bâtie sur une biochimie « phosphore-azote » (P-N) puisque l'azote moléculaire () est presque inerte et énergétiquement difficile « à fixer », en raison de son lien triple. Néanmoins, certaines plantes terrestres telles que des légumineuses peuvent fixer l'azote, en utilisant les bactéries anaérobies symbiotiques contenues dans les nodules de leurs racines.
Une atmosphère « ammoniacale », réductrice, où l'ammoniac () serait un constituant majeur (~ 1 %...) ou du moins aurait une présence active permanente (comme le sur Terre), serait plus facilement utilisable par une biochimie Dans une atmosphère ammoniacale, les plantes de type (P-N) absorberaient l'ammoniac de l'air et le phosphore des composés du sol, puis oxyderaient l'ammoniac pour produire des sucres (P-N) en libérant de l'hydrogène. Les animaux de type (P-N) seraient les réducteurs, respirant l'hydrogène et métabolisant les analogues de sucres (P-N), exhalant de l'ammoniac et excrétant des composés phosphorés. C'est le modèle opposé de l'oxydation et de la réduction d'un hypothétique cycle biochimique aux oxydes d'azote (voir ci-après), ainsi que du cycle de la biochimie terrestre. Il serait analogue à un cycle du carbone avec le carbone atmosphérique se présentant sous forme de méthane avec échange d'hydrogène, au lieu du dioxyde de carbone avec échange d'oxygène. L'azote peut également former un certain nombre d'oxydes. Dans une atmosphère riche (~ 1 %...) en oxydes d'azote, les composés comme l'oxyde de diazote (), le monoxyde d'azote (), le trioxyde de diazote (), le dioxyde d'azote (), le peroxyde d'azote () et le pentoxyde de diazote (), sont tous susceptibles d'être présents. Ils seraient eux aussi plus intéressants énergétiquement que l'azote moléculaire. Dans une atmosphère de dioxyde d'azote, les plantes de type (P-N) absorberaient le dioxyde d'azote de l'air et extrairaient le phosphore des composés du sol. Le dioxyde d'azote serait réduit, en produisant, avec le phosphore, des analogues aux sucres, et l'oxygène serait rejeté dans l'atmosphère. Les animaux de type (P-N) consommeraient les plantes, absorberaient l'oxygène atmosphérique pour métaboliser les analogues de sucre (P-N), exhalant le dioxyde d'azote et excrétant une substance riche en phosphore, en tant que déchets solides.
Stabilité possible d'une atmosphère ammoniacale et d'une atmosphère d'oxydes d'azote
Caractère hypothétique d'une telle biochimie
Autres éléments de biochimies exotiques
Arsenic L'arsenic, qui est chimiquement semblable au phosphore et bien que toxique pour la plupart des organismes terrestres, est utilisé dans le métabolisme de certains organismes Biochemical Periodic Table - Arsenic. Quelques algues marines incorporent l'arsenic aux molécules organiques complexes telles que les sucres arséniés et l'arsénobétaïne. Des champignons et des bactéries peuvent produire des composés arséniés méthylés volatils. Certaines bactéries réduisent l'arséniate ou oxydent l'arsenite pour se détoxifier.. Certains procaryotes peuvent employer l'arséniate comme accepteur terminal d'électron (oxydant) dans une chaine respiratoire anaérobie et d'autres peuvent utiliser l'arsenite en tant que donneur d'électrons (réducteur) pour produire de l'énergie.. En , le mécanisme moléculaire qui permet aux bactéries de faire la distinction entre les molécules presque identiques de phosphate et d'arséniate, pour utiliser l'une tout en se protégeant de l'autre, a été décrit.. L'hypothèse antérieure selon laquelle les bactéries GFAJ-1 isolées dans les sédiments du lac Mono incorporent l'arsenic à la place du phosphore dans leur ADN, qui avait conduit la NASA à spéculer sur l'origine de la vie et l'existence d'une vie extraterrestre., a été réfutée. et l'article correspondant rétracté..
Chlore